揚州市瓜洲泵站工程現(xiàn)場測試及分析

李進東，蔡一平，李忠斌，許旭東，楊 帆

(1.江蘇省水利科學研究院，南京 210017； 2.揚州大學，江蘇 揚州 225009)

0 引 言

為了保證泵站安全穩(wěn)定運行，泵站的現(xiàn)場檢測尤為重要[1-2]。泵站現(xiàn)場檢測是判斷泵站水工建筑物、機電設備、金屬結構及附屬設施能否投入運行、使用的基礎性和關鍵性環(huán)節(jié)，也是預防泵站水工建筑物、機電設備、金屬結構等損壞及保證泵站安全運行的重要措施[3-4]?，F(xiàn)場抽樣測試可以確保施工質量的可靠性與工程安全運行。

當前，工程技術人員及學者對泵站現(xiàn)場測試的內容主要集中于泵站流量的現(xiàn)場測試[5-7]、泵站機組性能的現(xiàn)場測試[8-10]、泵站軸功率現(xiàn)場測試[11-12]，而對泵站運行前期的隱蔽工程及機電設備的現(xiàn)場測試關注較少。隱蔽工程對泵站安全的影響不容忽視，其中基礎及防滲工程是保證泵站基礎穩(wěn)定，避免發(fā)生嚴重滲流的重要工程設施，電氣設備是確保泵站能正常穩(wěn)定運行的重要設備，因此對基礎及防滲工程、電氣設備的安裝及性能狀態(tài)進行現(xiàn)場檢測是必要的。本文針對瓜洲泵站的機電設備、基礎及防滲工程兩個方面進行現(xiàn)場檢測并開展分析，為該泵站的安全穩(wěn)定運行提供支撐數(shù)據，并為同類泵站的現(xiàn)場檢測提供參考。

1 工程概況

揚州市瓜洲泵站工程站址位于古運河南端瓜洲閘東側，是揚州市城市防洪排澇工程的重要組成部分。瓜洲泵站等別為Ⅱ等，主要建筑物為2級，次要建筑物等級為3級。泵站布置6臺3000ZLQ-28.4立式軸流泵，配1 600 kW的TL1600-48型立式同步電動機6臺，單機流量28.4 m3/s，裝機總流量170 m3/s，總裝機容量9 600 kW，泵站設計凈揚程1.88 m；泵裝置進出水流道為肘形進水流道與虹吸式出水流道，斷流設備為真空破壞閥。瓜州泵站實景圖見圖1。

圖1 瓜州泵站實景圖

2 測試內容及方法

瓜洲泵站的現(xiàn)場檢測內容主要包括灌注樁、水泥攪拌樁、地連墻等基礎及防滲工程檢測，以及主機泵制造及安裝檢測、輔機設備安裝檢測、電氣設備安裝檢測及電氣試驗、機組試運行測試。

樁身完整性檢測的方法常有鉆芯法、攝像法和應力波反射法。鉆芯法對基樁具有破壞性，要對樁基進行灌漿補孔封閉，檢測的效率相對較低，且檢測費用高。攝像法檢測直觀但只能檢測到內壁的裂縫，外側的局部缺陷不易檢測。應力波反射法具有速度快、適應性強、費用低、抽檢數(shù)量大的優(yōu)點[13]，已被廣泛應用于工程現(xiàn)場檢測。應力波反射法包括高、低應變法，其中低應變法具有設備簡便、費用較低、操作簡單、準確性高的優(yōu)點，因此低應變法對瓜州泵站的基礎工程樁進行樁身完整性檢測；相比于靜載試驗檢測的單樁極限荷載高應變檢測所得到的單樁承載力一般更低，在工程上是偏安全的，因此采用高應變法檢測單樁豎向承載力。為檢測水泥攪拌樁復合地基承載力，采用慢速維持荷載法進行單樁靜載試驗和運用鉆芯法抽檢水泥土攪拌樁的無側限抗壓強度。防滲墻的質量方法包括地質雷達法、高密度電阻率法和瞬變電磁法，地質雷達法可用于探測墻體的空洞和細小的裂縫[14]，且具有定位精確和高分辨率的優(yōu)點，因此選用地質雷達法對防滲圍封墻體進行探測。

為保證主機泵的正確安裝，運用量測法測量水泵轉輪室直徑，檢查內徑尺寸偏差是否在設計偏差范圍內。使用檢測儀器對水泵主軸直徑、粗糙度、硬度進行檢測；采用超聲探傷檢測水泵主軸，超聲探傷具有穿透能力強、設備簡單、使用條件和安全性好、檢測范圍廣等的優(yōu)點；使用測量儀器對泵站輔機系統(tǒng)安裝和電氣設備安裝進行檢測。

3 基礎及防滲工程測試及分析

3.1 灌注樁

抽檢揚州市瓜洲泵站工程施工3標基礎工程樁58根進行樁身完整性監(jiān)測，得到各混凝土灌注樁的低應變實測波形曲線，限于篇幅，僅給出樁號5_1灌注樁的低應變實測波形曲線，見圖2。根據實測波形曲線，結合工程地質情況、施工記錄等進行綜合分析與計算，所測58根樁均未發(fā)現(xiàn)異常情況，樁身較為完整。其中，I類樁57根，占所測樁數(shù)的98.3%；II類樁1根，占所測樁數(shù)的1.7%。

圖2 低應變實測波形曲線(樁號5_1)

為測試單樁靜荷載性能，采用慢速維持荷載法抽檢泵站檢修間基礎部位的1根灌注樁ZC_2的單樁豎向承載力，該灌注樁的樁徑為600 mm，樁長30 m，試驗按照《建筑基樁檢測技術規(guī)范》(JGJ 106-2014)單樁豎向抗壓靜載試驗要點進行，檢測結果見表1。對該樁試驗荷載加載至1 500 kN時，樁的累計沉降量為14.21 mm；卸載至0 kN時，殘余沉降量為11.43 mm，所檢樁的單樁豎向承載力特征值為750 kN，滿足設計承載力要求。

表1 單樁靜載試驗檢測結果

對瓜州泵站的站身部位灌注樁采用高應變法檢測其單樁豎向承載力，共抽測1根，樁號為10_9，該樁長23.3 m。根據實測F-V波形曲線，結合工程地質情況、施工記錄等，以實測波速為邊界條件進行擬合計算，模擬Q～s曲線、土阻力及樁身剖面圖見圖3。樁側的土阻力為3 666.4 kN，樁端土阻力為646.0 kN，動測承載力為4 312.4 kN，極限承載力設計值為4 262 kN，檢測結果均滿足設計要求。

圖3 模擬Q～s曲線、土阻力及樁身剖面圖

3.2 水泥攪拌樁

為檢測該泵站水泥攪拌樁復合地基承載力，采用慢速維持荷載法抽檢清污機橋底板部位3根水泥土攪拌樁試樁，水泥攪拌樁樁徑600 mm，樁長10 m，間距為1 m×1 m，為方型布置，試驗依據《建筑地基檢測技術規(guī)范》(JGJ 340-2015)復合地基荷載試驗要點進行，3根水泥攪拌樁的沉降量見圖4。1#樁在試驗荷載加至276 kPa時，累計下沉量為27.33 mm，卸載至0 kPa時殘余沉降量為20.27 mm；2#樁在試驗荷載加至276 kPa時，累計下沉量為25.67 mm，卸載至0 kPa時殘余沉降量為22.04 mm；3#樁在試驗荷載加至276 kPa時，累計下沉量為21.75 mm，卸載至0 kPa時殘余沉降量為17.85 mm；所檢樁的復合地基承載力均不小于138 kPa，滿足設計承載力要求。

圖4 各水泥攪拌樁的沉降量

采用鉆芯法抽檢兩組清污機橋114#、136#水泥土攪拌樁的無側限抗壓強度，試樣成型日期與試壓日期間隔均為96 d，檢測結果見表2。 實測無側限抗壓強度為2.54～4.34 MPa，兩組強度代表值分別為3.85 、3.19 MPa，滿足設計強度1.5 MPa要求。

表2 水泥土無側限抗壓強度抽檢結果

3.3 地連墻

瓜州泵站的站身底板防滲圍封設計型式為C30素混凝土墻體，采用地質雷達法對防滲圍封墻體進行探測，探測部位為下游西塊站身底板，長度總計27 m，設計墻體高程-2.50～-13.50 m，防滲圍封墻的現(xiàn)場實測圖譜見圖5。由圖5可知，識別區(qū)域內同相軸基本連續(xù)，存在兩處波形雜亂是由于該處灌注樁距離墻體太近，受樁內鋼筋影響所致，整體未見缺陷異常。

圖5 防滲圍封墻實測圖譜

對13#地連墻試塊的抗壓強度進行抽檢，試樣規(guī)格為150×150 mm，以同等養(yǎng)護條件進行養(yǎng)護，試樣制作日期與試壓日期間隔56 d，檢測結果見表3。由表3可知，抗壓強度代表值為39.3 MPa，滿足混凝土設計強度等級C30要求。

表3 混凝土抗壓強度抽檢結果

抽檢17#地連墻的抗?jié)B試塊1組以檢測抗?jié)B強度，抗?jié)B等級W4，試樣以同等養(yǎng)護條件進行養(yǎng)護，齡期為56 d，試驗水壓為0.4 MPa，試樣檢測結果見表4。樣品經檢驗，混凝土抗?jié)B符合《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL 352-2006)規(guī)定的W4等級要求。

表4 混凝土抗?jié)B抽檢結果

4 機電設備測試及分析

4.1 主機泵制造質量

對瓜州泵站的水泵轉輪室部件尺寸進行抽檢，轉輪室內球面直徑見圖6。采用量測法檢測內球面直徑，檢測結果見表5。由表5可知，葉輪室內徑尺寸偏差抽檢結果在設計偏差范圍之內，滿足《泵站設備安裝及驗收規(guī)范》(SL 317-2015)的要求。

圖6 水泵轉輪室內球面示意圖

表5 水泵轉輪室加工檢驗成果

對水泵制造質量進行抽檢，檢查的項目包括葉片間隙、葉片表面粗糙度以及葉片角差，檢查、檢測結果見表6。由表6可知，水泵各部件外觀檢查良好，表面光滑，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷。葉片間隙、表面粗糙度、葉片角差抽檢結果總體在《泵站設備安裝及驗收規(guī)范》(SL 317-2015)允許偏差范圍之內。

表6 水泵制造檢查、檢測結果

水泵主軸是連結電動機與水泵葉片的重要結構，水泵主軸的質量影響到水泵及泵站的安全穩(wěn)定運行。對2#水泵主軸直徑、粗糙度、硬度進行檢測，檢測結果見表7。

表7 2#泵軸檢測結果

由表7可知，2#水泵主軸粗糙度、外徑公差及內部質量抽檢結果滿足《泵站設備安裝及驗收規(guī)范》(SL 317-2015)的要求，軸頸硬度大于設計要求。為檢查水泵主軸是否存在裂縫、暗傷，對水泵主軸進行超聲探傷，泵軸牌號為45鋼鍛造，共抽檢1根，檢測結果見表8。由表8可知，主軸未發(fā)現(xiàn)超標缺陷，滿足《鋼鍛件超聲檢測方法》(GB/T 6402-2008)要求。

表8 超聲探傷檢測結果

4.2 主機泵及電氣輔助設備測試

對3000ZLQ28.4型立式軸流泵安裝主要參數(shù)進行抽檢，主機泵的主要參數(shù)滿足《泵站設備安裝及驗收規(guī)范》(SL 317-2015)的要求。對輔助設備安裝的水系統(tǒng)、油系統(tǒng)、真空破壞閥的工藝外觀進行檢查，相應指標滿足《泵站設備安裝及驗收規(guī)范》(SL 317-2015)的要求。

泵站的主要電氣設備包括低壓開關柜、10 kV高壓開關柜、變壓器、電纜及橋架、防雷及接地裝置等，對這些電氣設備進行安裝檢查。主電機，絕緣電阻為2 950～9 620 MΩ(≥10 MΩ)；吸收比為2.65～2.93(≥1.3)；電機定子線圈直流電阻不平衡度為0.03～0.13%(≤2%)；主變壓器(SC11-12500/20)，絕緣電阻為6 850～19 850 MΩ，變比誤差為0.05%～0.09%(≤±1%)；相間直流電阻差為0.25%～0.79%(≤2%)；主機電纜，絕緣電阻為2 980～3 650 MΩ(≥10 MΩ)；高低壓室及電機接地電阻，實測0.58～0.61 Ω(≤1 Ω)，以上結果符合《電氣裝置安裝工程接地裝置施工驗收規(guī)范》(GB 50169-2016)的要求。

5 結 論

本文對瓜州泵站的機電設備、基礎及防滲工程進行了現(xiàn)場測試，測試結果表明基礎工程灌注樁、水泥土攪拌樁、地連墻的抽檢結果均滿足設計及規(guī)范要求。采用量測法對主泵制造及安裝效果進行測量，對電氣設備的安裝進行檢查，結果顯示主要參數(shù)均滿足對應的規(guī)范要求，機組的試運行效果理想。

經現(xiàn)場檢測驗證，高應變法可較好地用于檢測灌注樁的單樁豎向承載力；慢速維持荷載法可較好地用于檢測水泥土攪拌樁試樁的承載力；地質雷達法可用于檢測地連墻的連續(xù)性。

通過對瓜洲泵站進行基礎及防滲工程測試、機電設備檢測，可以有效地為泵站的安全運行提供具體的現(xiàn)場測試數(shù)據和科學依據，為泵站現(xiàn)場測試的質量分析提供有效參考，有益于確保泵站的施工質量及工程后期的安全可靠運行。